Cmos fundamentals

b. 
Voltage requirement for inversion charge: 
The inversion charge is denoted by 2∅𝐹, it is the potential to form inversion at the channel of a 
MOSFET. 
c. 
∅
ms
 : metal semiconductor work function difference 
This occurs with the way fabrication chooses the materials for metal and semiconductor. In ideal 
we consider the same materials so E
F
to E
vac
it was equal for metal and semiconductor. But in 
reality there exists some difference between E
F
and Evac. The metal semiconductor work function 
difference acts in such a way that there exists a positive potential at the gate terminal due to this 
band bending down and depletion occurs. 
d. 
Oxide charge: Q
i
/C
i
: 
The positive potential seen at the gate terminal needs to be nullified to bring the device back to 
ideal condition. 
The positive potential is formed due to the process of forming an oxide layer. 

---

∴ The amount of negative potential added to bring the bent bands to flat is called flat band 
potential = V
FB 
= - Q
i
/C
i
 + ∅
ms
∴ Real V
to 
component = -Q
d
/C
i
+ 2∅𝐹 –Q
i
/C
i
+ ∅
ms 
✔ Formation of Oxide charge: 
1. In the formation of an oxide layer there may be alkaline metal ions which are acted as they 
are active causing the positive charge to exist. 
2. The Si atom of source and drain at the edge due to physical termination has an electron 
without bond called dangling bond leading to positive charge. (Dangling bond results in positive 
charge because O
2
has less electrons with respect to Si so absence of electrons causes positive 
charge). 
3. Due to insufficient oxygen at oxidation process i.e. SiO
2
the Si may not have sufficient O
2
this 
results in positive charge. 
4. Due to defects in the crystalline structure of the oxide layer may cause positive charge.